Неблагоприятный рыскание - это естественная и нежелательная тенденция самолета к рысканию в направлении, противоположном крену . Это вызвано разницей в подъемной силе и лобовом сопротивлении каждого крыла. Эффект может быть значительно минимизирован с помощью элеронов, специально разработанных для создания лобового сопротивления при отклонении вверх и / или механизмов, которые автоматически применяют некоторое количество скоординированного руля направления . Поскольку основные причины неблагоприятного рыскания меняются в зависимости от подъемной силы, любой механизм с фиксированным передаточным числом не сможет полностью решить проблему во всех условиях полета, и, таким образом, любому самолету с ручным управлением потребуется некоторое количество руля направления от пилота, чтобы поддерживать скоординированный полет .
История [ править ]
Неблагоприятный рыскание впервые испытали братья Райт, когда они не могли выполнять контролируемые повороты на своем планере 1901 года, не имевшем вертикальной поверхности управления. Орвилл Райт позже описал, что у планера отсутствует управляемость по курсу. [1]
Причины [ править ]
Неблагоприятный рыскание - это вторичный эффект наклона векторов подъемной силы крыла из-за его скорости качения и применения элеронов. [2] : 327 В некоторых руководствах по обучению пилотов основное внимание уделяется дополнительному сопротивлению, вызванному отклоненными вниз элеронами [3] [4], и лишь кратко [5] или косвенно [6] упоминаются эффекты крена. Фактически, вращение крыльев обычно вызывает больший эффект, чем элероны. [8] Если предположить, что скорость вращения справа, как на диаграмме, причины объясняются следующим образом:
Отклонение вектора подъемной силы при прокатке [ править ]
Во время положительного перекатывающего движения левое крыло движется вверх. Если самолет каким-то образом подвешен в воздухе без движения, кроме положительного крена, то с точки зрения левого крыла воздух будет приходить сверху и ударять по верхней поверхности крыла. Таким образом, на левое крыло будет попадать небольшое количество встречного воздушного потока просто из-за перекатывающего движения. Это можно представить как вектор, исходящий из левого крыла и направленный в сторону встречного воздуха во время положительного крена, то есть перпендикулярно вверх от поверхности левого крыла. Если этот самолет с положительным креном дополнительно двигался вперед в полете, то вектор, указывающий на встречный воздух, будет в основном вперед из-за движения вперед, но также немного вверх из-за движения по перекату.Это пунктирный вектор, идущий из левого крыла диаграммы.
Таким образом, для левого крыла летящего впереди самолета положительный крен заставляет встречный воздух слегка отклоняться вверх. Точно так же эффективный угол атаки левого крыла уменьшается из-за положительного крена. [2] : 361 По определению, подъемная сила перпендикулярна набегающему потоку. [2] : 18 Отклонение встречного воздуха вверх вызывает отклонение вектора подъемной силы назад . И наоборот, когда правое крыло опускается, его вектор, указывающий на встречный воздух, отклоняется вниз, а его вектор подъемной силы отклоняется вперед.. Отклонение подъемной силы назад для левого крыла и отклонение подъемной силы вперед для правого крыла приводит к возникновению неблагоприятного момента рыскания влево, противоположного намеченному правому повороту. Этот неблагоприятный момент рыскания присутствует только тогда, когда летательный аппарат катится по отношению к окружающему воздуху, и исчезает, когда угол крена самолета остается постоянным.
Вынужденное перетаскивание [ править ]
Для начала кувырка вправо требуется кратковременно больший подъем слева, чем справа. Это также вызывает большее индуцированное сопротивление слева, чем справа, что еще больше усиливает неблагоприятный рыскание, но ненадолго. После установления постоянной скорости крена левый / правый дисбаланс подъемной силы уменьшается, [2] : 351, в то время как другие механизмы, описанные выше, сохраняются.
Перетаскивание профиля [ править ]
Отклонение элеронов вниз слева увеличивает изгиб профиля , что обычно увеличивает сопротивление профиля . И наоборот, отклонение элеронов вверх справа уменьшит развал и сопротивление профиля. Дисбаланс лобового сопротивления усугубляет неблагоприятное рыскание. Элероны Frize уменьшают это сопротивление дисбаланса, как описано ниже.
Минимизация неблагоприятного рыскания [ править ]
Существует ряд конструктивных характеристик самолета, которые можно использовать для уменьшения неблагоприятного рыскания и облегчения нагрузки на пилота:
Устойчивость по рысканью [ править ]
Сильная курсовая устойчивость - это первый способ уменьшить неблагоприятное рыскание. [7] На это влияет вертикальный момент оперения (площадь и плечо рычага относительно центра тяжести).
Коэффициент подъема [ править ]
Поскольку наклон левого / правого векторов подъемной силы является основной причиной неблагоприятного рыскания, важным параметром является величина этих векторов подъемной силы или, если быть более точным, коэффициент подъемной силы самолета . Полет с низким коэффициентом подъемной силы (или высокой скоростью по сравнению с минимальной скоростью) обеспечивает меньшее рыскание. [2] : 365
Микширование элеронов и руля направления [ править ]
По задумке, руль направления является наиболее мощным и эффективным средством управления рысканием, но механическое соединение его с элеронами непрактично. Электронная связь - обычное дело в самолетах с дистанционным управлением.
Дифференциальное отклонение элеронов [ править ]
Геометрия большинства рычагов элеронов может быть сконфигурирована так, чтобы смещать ход больше вверх, чем вниз. Из-за чрезмерного отклонения восходящего элерона сопротивление профиля увеличивается, а не уменьшается, а сопротивление отрыва дополнительно способствует созданию сопротивления на внутреннем крыле, создавая рыскание в направлении разворота. Хотя он не так эффективен, как микширование руля направления, дифференциал элеронов очень легко реализовать практически на любом самолете и предлагает значительное преимущество уменьшения тенденции крыла к сваливанию в конце за счет ограничения отклонения элеронов вниз и связанного с ним эффективного увеличения угла. атаки.
Большинство самолетов используют этот метод уменьшения неблагоприятного рыскания - особенно это заметно на одном из первых широко известных самолетов, когда-либо использовавших его, учебном биплане de Havilland Tiger Moth 1930-х годов - благодаря простоте реализации и преимуществам безопасности.
Элероны Frize [ править ]
Элероны Frize спроектированы таким образом, что, когда применяется верхний элерон, часть переднего края элерона будет выступать вниз в воздушный поток, вызывая повышенное сопротивление этого (нисходящего) крыла. Это будет противодействовать сопротивлению, создаваемому другим элероном, тем самым уменьшая неблагоприятный рыскание.
К сожалению, элероны Frize не только уменьшают неблагоприятное рыскание, но и увеличивают общее сопротивление самолета гораздо больше, чем применение коррекции руля направления. Поэтому они менее популярны в самолетах, где важно минимизировать лобовое сопротивление (например, в планере ).
Примечание: элероны Frize были в первую очередь разработаны для уменьшения сил контроля крена. В отличие от иллюстрации, передняя кромка элеронов на самом деле закруглена, чтобы предотвратить разделение потока и колебание при отрицательных отклонениях. [9] Это предотвращает появление важных дифференциальных сил сопротивления.
Ролл-спойлеры [ править ]
На больших самолетах, где использование руля направления неуместно на высоких скоростях или элероны слишком малы на низких скоростях, можно использовать интерцепторы крена (также называемые интерцепторами ) для минимизации неблагоприятного рыскания или увеличения момента крена. Для работы в качестве бокового регулятора спойлер поднимается на нижнем крыле (верхний элерон) и остается убранным на другом крыле. Поднятый спойлер увеличивает сопротивление, поэтому рыскание совпадает с направлением крена. [10]
Ссылки и примечания [ править ]
Сбор данных испытаний сбалансированных элеронов, FM Rogallo, Naca WR-L 419
- ^ "Как мы изобрели самолет", Орвилл Райт, стр. 16
- ^ a b c d e Перкинс, Кортленд; Хейдж, Роберт (1949). Летно-технические характеристики, устойчивость и управляемость самолета . Джон Вили и сыновья. ISBN 0-471-68046-X .
- ^ a b Langewiesche, Вольфганг (1944). Палка и руль . Макгроу-Хилл. С. 163–165. ISBN 0-07-036240-8 .
- ^ a b Справочник пилота по аэронавигационным знаниям, гл. 5 Архивировано 1 ноября 2012 г., в Wayback Machine , Федеральное управление гражданской авиации, 2008 г., стр. 5-3, получено 12 декабря 2012 г.
- ^ «Эксперт возразит здесь и укажет, что элероны не могут нести полную ответственность за неблагоприятный эффект рыскания; что некоторая часть этой неблагоприятной тенденции к рысканью возникает просто из-за перекатывающего движения крыльев и будет сохраняться независимо от того, какое устройство может вызвать качение крыльев. Но только что данное объяснение отвечает целям пилота. Несмотря на то, что он не говорит всей правды, он говорит правду и имеет то преимущество, что его можно «показать» » [3].
- ^ «Неблагоприятный рыскание является результатом дифференциального сопротивления и небольшой разницы в скорости левого и правого крыльев». [4]
- ^ a b Устойчивость и управление самолетом, Абзуг и Ларраби, стр. 64. «Неблагоприятный рыскание необходимо преодолевать за счет хорошей курсовой устойчивости, дополненной отклонением руля направления».
- ^ «для нормальных форм крыла с удлинением выше примерно 6, при неблагоприятном рыскании фактически преобладает аэродинамический момент рыскания из-за крена» [7]
- ^ Испытания элеронов в аэродинамической трубе на различных скоростях, W. Letko и WB Kemp, NACA WR-L 325
- ^ Оксфордская авиационная академия (2007), JAA ATPL 13: Принципы полета, Transair
